Las ondas de ultrasonido, que en la actualidad se utilizan para los escáneres prenatales y para otro tipo de diagnósticos, se podrían llegar a utilizar algún día como una forma no invasiva para controlar la actividad cerebral. A lo largo de los dos últimos años, los científicos han empezado a experimentar con ultrasonido de baja frecuencia y baja intensidad capaz de penetrar el cráneo y activar o silenciar las células cerebrales. Los investigadores esperan que esta tecnología sirva como alternativa a aquellas técnicas más invasivas, tales como la estimulación cerebral profunda (ECP) y la estimulación del nervio vago, que se utilizan para el tratamiento de un cada vez mayor número de trastornos neurológicos.

“Una vez que la gente haya descubierto lo que pueden llegar a hacer con la ECP y la estimulación del nervio vago, creemos que podremos desconectar esos aparatos y controlar la actividad desde fuera del cuerpo,” afirma William (Jamie) Tyler, neurocientífico en la Universidad del Estado de Arizona, en Tempe. Tyler acaba de poner en marcha una compañía llamada SynSonix para comercializar esta tecnología.

Los dispositivos utilizados para tratar los trastornos cerebrales han aumentado en popularidad durante los últimos años. La ECP, que se utiliza para tratar la enfermedad de Parkinson, la distonia y el trastorno obsesivo compulsivo, produce una descarga eléctrica en el cerebro a través de un electrodo implantado. Sin embargo, dada su naturaleza invasiva, la ECP sólo se puede utilizar en casos graves que no sean tratables con medicación. Una técnica menos invasiva es la estimulación magnética transcraneal (EMT), mediante la que se coloca una bobina eléctrica sobre la cabeza que genera un campo magnético. Este campo atraviesa el cráneo y activa las neurona cerebrales que se encuentran debajo. La EMT se utiliza para tratar la depresión clínica, aunque sólo es capaz de alcanzar las zonas más superficiales del cerebro.

“Gracias al ultrasonido, tenemos un enfoque espacial mucho mejor que con la ECP,” afirma Tyler. “Y al contrario que con la EMT, podemos llegar a cualquier zona del cerebro.” El ultrasonido—que consiste en ondas de sonido a una frecuencia superior a los 20 kilohercios—se lleva utilizando durante décadas en la medicina para crear imágenes de los músculos, órganos y fetos. Durante los últimos cinco años, una mejora en las herramientas destinadas a enfoque de la energía de ultrasonido han hecho posible su uso como herramienta de ablación: los cirujanos hoy día utilizan ultrasonido de alta intensidad y alta frecuencia (HIFU) para, en esencia, quemar y hacer desaparecer los fibroides uterinos. El HIFU también se usa en pruebas clínicas para el tratamiento de tumores cerebrales, tumores de pecho y cáncer de próstata.

Estas mismas herramientas permiten hoy día a los científicos aplicar ultrasonido para controlar el cerebro, una idea que lleva fraguándose durante décadas. Las mejoras realizadas en los transductores de ultrasonido, que generan las ondas acústicas, permiten un enfoque más preciso de la energía de ultrasonido. Las imágenes por resonancia magnética (IRM) utilizadas en combinación con los ultrasonidos permiten a los cirujanos llegar con más precisión a áreas específicas del cuerpo. “La capacidad de unir el enfoque del ultrasonido con la guía que proporciona la RM [resonancia magnética] es algo realmente potente,” afirma Neal Kassell, neurocirujano de la Universidad de Virginia, en Charlottesville, y presidente de la Focused Ultrasound Surgery Foundation, una asociación sin ánimo de lucro con sede en Charlottesville que fue fundada para desarrollar nuevas aplicaciones para el ultrasonido enfocado.

Uno de los retos a la hora de utilizar el ultrasonido para alcanzar al cerebro reside en hacer que las ondas atraviesen el cráneo de forma controlada. Normalmente, el ultrasonido opera en el rango de los megahercios a los gigahercios—frecuencias que pasan sin problemas a través del tejido blando pero que licuarían los huesos. (Dado que el hueso absorbe la energía de la onda acústica, se acaba calentando.) Los investigadores del Hospital para Mujeres de Birgham, en Boston, han descubierto que lo mejor es usar una frecuencia de ultrasonido inferior a un megahercio, aunque tiene un lado negativo: cuanta más baja es la frecuencia, más difícil resulta enfocar la energía en un punto en particular dentro del cerebro.

Sin embargo, durante el año pasado los científicos han logrado cierto éxito a la hora de solucionar este problema. Si se usan imágenes detalladas del cerebro a partir de TACs e IRMs los científicos pueden calcular con más precisión cómo enfocar las ondas de sonido, afirma Seung-Schik Yoo, un neurocientífico de la Escuela de Medicina de Harvard y del Hospital de Mujeres en Brigham. En un estudio aún por publicar, Yoo y sus colegas han demostrado que un ultrasonido de baja frecuencia y baja intensidad puede llegar a suprimir con éxito la actividad visual en los cerebros de los conejos, así como provocar reacciones selectivas en el córtex motor. “También estamos considerando la capacidad para modular hormonas o neurotransmisores, que podrían encontrar una aplicación en los trastornos psiquiátricos, la obesidad y la adicción,” señala Yoo.

En un estudio publicado el año pasado en la revista PLoS ONE, Tyler demostró que los ultrasonidos de baja frecuencia y de baja intensidad pueden activar aquellos canales situados en la membrana de las células nerviosas dentro de una sección del tejido cerebral, provocando que las células envíen mensajes eléctricos a través del circuito neuronal. Desde entonces, Tyler ha sido capaz de utilizar el ultrasonido para estimular el córtex motor y provocar movimiento en ratones vivos. Este estudio aún no ha sido publicado.

Los investigadores esperan poder acabar utilizando instrumentos desarrollados para el HIFU en esta nueva aplicación. Algunas compañías fabricantes de instrumentos han desarrollado una serie de transductores de ultrasonido de tipo phased array, que permiten un enfoque más preciso de la energía de ultrasonido, y que en la actualidad están siendo puestos a prueba para la extirpación de tumores cerebrales. “Dependiendo de la anatomía individual del cráneo, puedes programar el equipo de ultrasonido para que dispare elementos individuales que distribuyan un rayo bien definido, en términos de localización y tamaño, y que se pueda ajustar a medida dependiendo de cada paciente,” señala Yoo.

Puesto que el ultrasonido enfocado es una técnica que se usa bastante en la actualidad, los investigadores son optimistas a la hora de pensar que no se topará con demasiados obstáculos en su camino hacia las pruebas clínicas. “Para los neurólogos y neurocirujanos, es una técnica muy bien establecida,” afirma Tyler. “Los márgenes de seguridad son bien conocidos.” Kassell añade, “creo que en realidad será más fácil conseguir la aprobación [de lo que fue con el HIFU] puesto que la presión del ultrasonido enfocado es menor que la que el cerebro recibe de los Doppler transcraneales, un dispositivo de diagnóstico que se utiliza para comprobar los vasos sanguíneos en el cerebro después de una apoplejía y derrame.”

Kassell afirma que la fundación está mayormente interesada en utilizar ultrasonido de baja intensidad y baja frecuencia para la planificación de las intervenciones quirúrgicas. Con los pacientes de epilepsia, los cirujanos pueden utilizar la tecnología para silenciar temporalmente un área del tejido cerebral que se piensa es responsable de provocar los ataques, lo que confirmaría la localización correcta para después pasar a su ablación mediante el uso del HIFU.

A Tyler le interesa más utilizar el ultrasonido enfocado para tratar la enfermedad de Parkinson. “Puesto que no es invasiva, puede que seamos capaces de tratar a los pacientes antes de que la enfermedad progrese,” afirma. “En la actualidad, los pacientes que tratamos con ECP son los casos más graves.”

Aunque estos dispositivos iniciales se parecerían mucho a una versión reducida de las máquinas de IRM, el tratamiento de los pacientes de Parkinson requeriría el uso de un dispositivo implantable o que se pudiera llevar puesto y que fuera capaz de generar una estimulación constante. El equipo de Tyler está trabajando en unos transductores de ultrasonido flexibles que se podrían implantar encima del cráneo o bien colocarse en forma de gorra.

Todavía no está clara la forma en que el ultrasonido genera actividad eléctrica en las neuronas, aunque hay quienes creen que es a través de la energía termal que provocan las ondas de sonido. Sin embargo, Tyler señala que existen evidencias de que las neuronas son activadas a través de energía mecánica. Unos estudios previos de hecho señalan que los canales neuronales que controlan la actividad eléctrica en el cerebro se pueden activar mediante presión mecánica. “Lo que creemos que ocurre es algún tipo de efecto microcavitacional, tal como la radiación o la tensión, que afecta a los canales que controlan la actividad neuronal,” afirma.